一种角域数字化无线通信系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，提出一种基于角域的数字化无线通信系统及实现方法，用于解决现有通信系统的扩容问题。在系统发射端，本发明专利技术基于二进制角移键控技术，将多路待传输二进制数字信号码元序列并发地“映射”到阵列天线相应的多个波束出射角上，实现多路二进制数字信号的并行角域调制；在系统接收端，本发明专利技术采用基于伪谱估计的角域解调方法，通过对来波信号的空间伪谱进行谱峰搜索，定位波束到达角所处的角域子区间，通过对来波信号的强弱判定，实现对空间来波信号的解调。本发明专利技术提供数字无线通信系统及方法能显著地提升频谱资源空间复用率与通信系统容量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于无线通信
，提出一种基于角域的数字化无线通信系统及实现方法，用于解决现有通信系统的扩容问题。在系统发射端，本专利技术基于二进制角移键控技术，将多路待传输二进制数字信号码元序列并发地“映射”到阵列天线相应的多个波束出射角上，实现多路二进制数字信号的并行角域调制；在系统接收端，本专利技术采用基于伪谱估计的角域解调方法，通过对来波信号的空间伪谱进行谱峰搜索，定位波束到达角所处的角域子区间，通过对来波信号的强弱判定，实现对空间来波信号的解调。本专利技术提供数字无线通信系统及方法能显著地提升频谱资源空间复用率与通信系统容量。【专利说明】-种角域数字化无线通信系统及其实现方法
本专利技术属于无线通信
，设及一种基于角域(Angle-Domain, AD)的数字化 无线通信系统及实现方法，特别设及二进制数字信号角域调制与解调方法。
技术介绍
随着无线业务的几何式增长，无线通信系统的通信容量、抗干扰性能W及频谱利 用效率等正面临着全新的挑战。虽然通过扩展带宽能显著提升系统通信容量，但由于频谱 资源有限W及电子器件的固有带宽限制等，所能提升的容量空间十分有限。因此，寻求全新 的无线通信方案已成为无线通信领域中的一个重要研究课题方向。 调制与解调是现代无线通信系统中的一个重要环节，在很大程度上决定了无线系 统容量、通信性能W及频谱资源利用效率。所谓调制，是指信号传输时，在发送端将需要传 输的信号转换为适于信道传输的信号形式，包括各种模拟调制与数字调制技术。对典型的 数字无线通信系统，数字调制技术主要包括星座映射技术及后续处理技术，如多载波调制 技术与成形滤波技术等。所谓星座映射就是将携带数字信息的有限域"比特"序列映射成适 于传输的符号序列，每个符号的取值可W是一维实数空间、二维实数空间，即复数空间或复 数平面，或者更高维的实数空间，例如MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系统信号 传输对应的空间。目前最为常见的复数空间星座图主要包括正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation,QAM)、相移键控（Phase 化ift Keying,PSK)和幅度相移键控 (Amplitude-化ase化ift Ke ying)调制技术。所谓解调，是指接收端将接收的信号再转 换为原始信号的过程，通常采用的是相干解调法，它是在接收端采用一个与发送端载波同 频同相的正交载波信号对接收到的信号进行相乘、滤波，从而还原出原始信号;众所周知， 高性能的调制解调系统，硬件上依赖大量高性能的滤波器、处理器，并还要使用各种软件技 术来实现复杂的算法，其成本比较高。因此，可W预见，在现有技术基础上，按照传统方法实 现大幅度提高调制解调系统性能，是有相当难度的。 近年来，有研究者试图将数字信号调制技术与发射天线结合，提出一种新型的用 于数字无线通信的调制概念，即空域调制（Spatial Modulation, SM)。如文献"Spatial Modulation" (Ve hi州Iar Technology,IE邸 Transactions on.2008:2228-2241) ,SM调制 有两个信息携带单元，一个是传统的发射符号，一个是天线序号;在SM中，每一时隙从传统 的星座图中选择一个符号，并选一根发射天线激活将此符号发射出去，此符号和此激活天 线的天线序号（或空间位置）均携带发射信息。此外专利"一种广义空间调制系统： CNlO 1841397 B ,2013.02.06"提出了一种利用广义空间调制（Generalized Spatial Modulation, GSM)技术进行信号调制的方法，其原理是将输入比特与发射天线序号构成一 种映射关系，将输入比特信息一部分映射到天线组合构成的空域星座图中，剩下部分映射 到数字星座图中；每一时隙从传统的数字星座图中选择一个符号，并选择不同的发射天线 组合将此符号发射出去;此符号和此激活天线组合的序号（或空间位置)均携带发射信息， W此实现二进制数字信息的空时域混合传输，该方法虽然能够扩充通信系统容量，提高频 谱利用率，但只有当天线数量足够多时，该方法才能有效实施，且其空-时联合解调系统在 解调过程中既要检测激活的发送天线位置，又要检测每个激活的发送天线上所携带的调制 符号，其运算量较大，而且其检测复杂度随着天线数目和数字星座图调制阶数的增加呈指 数增长，算法复杂度非常高，并需要事先精确的知道信道状态信息，实现难度较大。 文南犬('Twisting of light around rotating black holes" (Nature Physics 7.2011:195-197)，提出了一种利用轨道角动量(Orbital Angular Momen1:um,0AM)进行二 进制数字信息调制的方法，其原理是利用满旋电磁波的轨道角动量来调制信号，由于轨道 角动量拥有无限个本征态，理论上可W传输无穷多个比特信息。该方法虽然能够显著提高 通信系统容量，但需要将平面电磁波"扭曲"为满旋电磁波，势必会导致系统结构复杂度增 大，成本升高，并且外部环境诸如大气端流等因素（引起信号的振幅和相位扰动)很可能限 制电磁波束的"扭曲"程度，从而限制可用信道的数目；而且，至今尚未提出一种能够针对移 动设备的发送和接收满旋电磁波无线通信方案，距离实际应用要求还有相当大的距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述系统扩容问题，提出一种全新的角域数字化无线通信 系统及其实现方法。在系统发射端，本专利技术基于一种二进制角移键控(Binary Angle Shift Keying, BASK)技术，将多路待传输二进制数字信号码元序列并发地"映射"到阵列天线相应 的多个波束出射角上，实现多路二进制数字信号的并行角域调制;在系统接收端，本专利技术采 用一种基于伪谱估计(Pseudo Spectral Estimation，PSE)的角域解调方法，通过对来波信 号的空间伪谱进行谱峰捜索，定位波束到达角所处的角域子区间，通过对来波信号的强弱 判定，实现对空间来波信号的解调。较传统的数字信号相干解调、包络解调方法，伪谱解调 技术自身具有超分辨率特性和极强的抗电磁干扰能力，能够显著降低通信系统误码率，提 高无线通信系统的信息传输质量;并且，由于角域调制能够实现多路数据在空域上并行传 输，因此，本专利技术提供数字无线通信系统及方法能显著地提升频谱资源空间复用率与通信 系统容量。 为实现上述目的，本专利技术技术方案为： -种角域数字化无线通信系统，其特征在于，所述系统发射端包括数据源（101)、 发射端串/并转换器（102)、二进制数字信息角域调制器（103)、波束成形器（104)及空间信 号发射天线阵列（105)，数据源（101)产生串行随机二进制比特流，发射端串/并转换器 (102)将串行随机二进制比特流转换为并行二进制比特流，并行二进制比特流送入二进制 数字信息角域调制器(103)，实现多路二进制数字信息的并行角域调制，调制后输出信号经 波束成形器(104)后通过空间信号发射天线阵列（105)发射;所述系统接收端包括空间信号 接收天线阵列（106)、数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角域数字化无线通信系统，其特征在于，所述系统发射端包括数据源(101)、发射端串/并转换器(102)、二进制数字信息角域调制器(103)、波束成形器(104)及空间信号发射天线阵列(105)，数据源(101)产生串行随机二进制比特流，发射端串/并转换器(102)将串行随机二进制比特流转换为并行二进制比特流，并行二进制比特流送入二进制数字信息角域调制器(103)，实现多路二进制数字信息的并行角域调制，调制后输出信号经波束成形器(104)后通过空间信号发射天线阵列(105)发射；所述系统接收端包括空间信号接收天线阵列(106)、数据采样处理器(107)、二进制数字信息角域解调器(108)、接收端串/并转换器(109)及数字信息输出器(110)，空间信号接收天线阵列(106)接收信号后送入数据采样处理器(107)，采样数据送入二进制数字信息角域解调器(108)进行解调，最后经接收端并/串转换器(109)、数字信息输出器(110)输出空间信号携带的二进制码元信息，实现角域数字化无线通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德双，郭洪龙，郭子珍，王秉中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51